Chương 4 bơm ly tâm

Quan hệ giữa các thông số cơ bản: Cột áp H,lưu lượng Q,công suất N, hiệu suất η luôn thay đổi theo chế độ làm việc của bơm và với số vòng quay n.. Đường đặc tính tổng hợp của bơm là đướn

Chương 4: BƠM LI TÂM.

4.1.Cấu tạo của bơm li tâm.

Hình 4.1a Hình 4.1b

1.Bánh công tác

2.Trục kéo bơm.

3.Dẫn hướng vào bơm.

4.Bộ phận dẫn hướng ra khỏi bơm.

5.Oáng hút.

6.Oáng đẩy.

Trước khi khởi động phải đổ nước đầy vào thân bơm phủ đầy bánh công tác và ống hút phải điền đầt chất lỏng gọi là mồi bơm.Vỏ bơm Hình 4.1.c

Hình 4.1.c.Vỏ dạng xoắn ốc.

1.Nguyên lí làm việc.

-Khi bánh công tác quay các phần tử chất lỏng trong bánh công tác do lực li tâm bị dồn từ trong ra ngoài theo máng dẫn đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn đó là quá trình đẩy.Đồng thời ở lối vào tạo ra một vùng có chân không để hút chất lỏng.Như vậy chất lỏng liên tục chảy qua bơm do quá trình hút và đẩy liên tục.

2.Phân loại bơm.

a.Theo cột áp:

-Cột áp thấp: H < 20 mH 2 0.

-Cột áp trung bình: H < 20 - 60 mH 2 0

-Cột áp cao: H > 60 mH 2 0

b.Theo số bánh công tác: Hình 4.1 và hình 4.2

-Bơm có 1 bánh công tác: 1 cấp, Hmax = 100 mH 2 0,

(Hình 4.1)

-Bơm nhiều cấp:(Hình 4.2): Ghép nối tiếp nhiều bánh công tác.Số bánh công tác 2-8 có khi đến 12.Cột áp bơm nhiều cấp bằng tổng cột áp từng cấp,còn lưu lượng bằng lưu

lượng của 1 cấp.

4.2.Lý thuyết cơ bản của bơm li tâm.

4.2.1.Phương trình cơ bản của bơm li tâm:

Chương 2 ta có phương trình cơ bản máy cánh dẫn:

4.2.2.Cột áp thực tế của bơm.

Phương trình 4.2 là cột áp lí thuyết của bơm với giả thiết : -Số cánh dẫn nhiều vô cùng,chiều dày cánh dẫn bằng 0 -Chất lỏng lí tưởng.

Tuy nhiên thực tế bơm có số cánh giới hạn 6-12 cánh.Do đó sự phân bố vận tốc là không đều,hơn nữa chất lỏng có độ nhớt nên cột áp thực tế khác cột áp lí thuyết.

Cột áp thực tế là:

H = ε Z ηH H l∞ [4.3] Với εZ :Hệ số ảnh hưởng số cánh dẫn có hạn

ηH :Hệ số kể ảnh hưởng tổn thất khi chảy qua rãnh Các hệ số xác định như sau:

2

2 η ε

= [4.6]

Nhận xét chung: Cột áp thực của bơm phụ thuộc:

-Đường kính ngoài D 2 bánh công tác.

-Số vòng quay n của bơm.

-Thành phần vận tốc C 2u ở lối ra của bánh công tác tức góc

β2.

Tuy nhiên không thể tăng mãi D 2 ,số vòng quay n và β2 mãi được vì nếu n tăng quá ảnh hưởng đến hiện tượng xâm thực (xem công thức 3-21),còn D 2 và β2 bị giới hạn bởi tổn thất của dòng chất lỏng nên cột áp của bơm 1 cấp có giới

hạn.Trị số lớn nhất theo lí thuyết là H < 250 mH20.

Muốn có cột áp cao hơn ta dùng bơm có nhiều cấp,thường chế tạo bơm 1 cấp có cột áp nhỏ hơn 100 mH20.

Muốn cột áp có lợi nhất và bơm có hiệu suất cao thì phải chọn bánh công tác có số cánh phù hợp và các thông số kết cấu góc hợp lý.

4.2.3.Ảûnh hưởng của kết cấu cánh dẫn đến cột áp của bơm.

a.Aûnh hưởng của góc:β1.

Để có lợi chọn : α1 = 90 0 ,còn góc β1 phụ thuộc vào thành phần vận tốc c1 và U 1 : tg U C

β1 = 15 - 30 0

b.Aûnh hưởng của góc :β2.

Góc β2 ảnh hưởng quyết định đến cột áp toàn phần H và các cột áp thành phần vì vậy việc chọn góc β2 có ý nghĩa rất quan trọng.

Theo giá trị của gócβ2 mà có thể chia ra làm 3 cách bố trí cánh dẫn: Hình 4.8 và Hình 4.9

thấy với chất lỏng

nên dùng loại cánh ngoặt sau có lợi vì khi đó tổn thất động năng nhỏ.

Vì vậy với bơm thường chọn góc β 2 < 90 0

Cụ thể chọn: βmin  β2  βmax

Vì từ phương trình cột áp [4-2]

Tuy nhiên nếu góc β2 lớn quá thì cột áp động cũng sẽ lớn quá so với cột áp tĩnh là điều không mong muốn nên thực tế chọn góc β2 sao cho :

H l∞t = ( 0 7 − 0 8 ).H l∞

H l∞đ = ( 0 3 − 0 2 ).H i∞

vì vậy khống chế góc : β2 = 15 0 -30 0

Đặc biệt có thể chọn β2 = 50 0 Hình 4.10

4.2.4.Lưu lượng của bơm li tâm.

Công thức tính lưu lượng bơm li tâm:

Q L =C m π D.b [4.17]

Hình 4.11

Lưu lượng thực tế nhỏ hơn lưu lượng lí thuyết.

4.3.Các đường đặc tính của bơm li tâm.

Quan hệ giữa các thông số cơ bản: Cột áp H,lưu

lượng Q,công suất N, hiệu suất η luôn thay đổi theo chế độ làm việc của bơm và với số vòng quay n.

Có các loại đường đặc tính:

-Đặc tính lý thuyết,đặc tính thực nghiệm.

-Đặc tính làm việc

-Đặc tính tổng hợp.

Sau đây ta sẽ nghiên cứu các loại đường đặc tính đó.

1.Đặc tính làm việc Đặc tính làm việc được xây dựng với số vòng quay n = const.

a.Đường đặc tính lí thuyết.

Từ tam giác vận tốc ta có:

1

2 2

2 2

Với a,b là các hằng số dương khi đã chọn 1 bơm

Đây là 1 đường thẳng không qua gốc toạ độ có độ dốc phụ thuộc vào góc β2 Hình 4.12 và Hình 4.13.

Với β2 < 90 0 ta có đường AD

Kể đến ảnh hưởng số cánh dẫn có hạn thành đường: A’D’.

Kể đến ảnh hưởng tổn thất thuỷ lực thành đường : A’’D’’ Kể đến ảnh hưởng tổn thất cơ khí thành đường: A’’’D’’’ Vậy đường cong A’’’D’’’ chính là đường đặc tính thực của bơm.

b.Đường đặc tính thực nghiệm.

Việc xây đựng đặc tính lí thuyết gặp rất nhiều khó khăn vì khó đánh giá tổn thất cho đúng vì vậy trong kỹ thuật thường xây dựng các đặc tính bằng các số liệu thu từ thực nghiệm trên các máy cụ thể gọi là đặc tính thực nghiệm.

Muốn xây dựng đặc tính thực nghiệm cần có hệ thống thí

nghiệm như

Hình 4.14 và Hình 4.15

Các đặc tính thực nghiệm về dạng thì giống các đường lý

thuyết song không trùng nhau.Thực tế việc nghiên cứu thực nghiệm rất quan trọng

Về hình dạng có 3 loại đường đặc tính:

-Loại dốc đứng: I

-Loại dốc vừa : II

-Loại lồi : III

Hình 4.16.

Loại I và II là dạng ổn định

Loại III là loại không ổn định.

3.Đường đặc tính tổng hợp

Đường đặc tính tổng hợp của bơm là đướng biểu diễn quan hệ Q-H với các số vòng quay làm việc của bơm khác nhau.

Nếu thay đổi số vòng quay n thì đường đặc tính làm việc cũng thay đổi theo.Để biết nhanh chóng các thông số Q,N, η thay đổi

như thế nào khi n thay đổi người ta xây dựng các đường đặc tính tổng hợp của bơm.Hình 4.17 và hình 4.18.

Khi nối các điểm cùng hiệu suất lại với nhau tạo thành những đường cong cùng hiệu suất có dạng hình quả trứng.Ta thấy rằng với một số vòng quay làm việc n i nào đó có 1 trị số lớn nhất của hiệu suất ứng với lưu lượng Q i ,còn với các lưu lượng khác

Qi có 2 trị lưu lượng có cùng hiệu suất.Dóng các điểm cùng hiệu suất lên đường đặc tính H-Q và nối lại bằng những đường cong ta có các đường cùng hiệu suất.Đường đặc tính tổng hợp thường cho trong các sổ tay,tài liệu kỹ thuật của các hãng sản xuất bơm.Qua đặc tính tổng hợp còn biết nhanh chóng chế độ làm việc có lợi nhất khi điều chỉnh bơm.

4.4.Điểm làm việc và sự điều chỉnh bơm.

1.Điểm làm việc của bơm.

Bơm bao giờ cũng làm việc trong1 hệ

thống.Giao điểm A giữa 2đường đặc tính làm

việc và đường đặc tính ống H(Q) Và H(Ô)

chính là điểm làm việc của bơm.Hình 4.19

2.Phương pháp điều chỉnh lưu lượng bơm.

a.Điều chỉnh bằng khoá Hình 4.20

khi mở hết khoá lưu lượng lớn nhất tại điểm A.Khi đóng bớt khoá lại thì tổn thất khoá tăng lên,lưu lượng giảm đi nghĩa là đường đặc tính lưới sẽ thay đổi,còn đường đặc tính bơm không đổi.Điểm làm việc chuyển sang điểm B.Phương pháp này đơn giản thuận tiện, nhưng không king tế vì tăng tổn thất và phạm vi điều chỉnh bị giới hạn.

b.Điều chỉnh bằng số vòng quay của n bơm.Hình 4.21

Phương pháp này làm thay đổi đặc tính của bơm còn đường đặc tính lưới không đổi.Phương pháp này kinh tế hơn so với điều chỉnh bằng khoá

Với đường đặc tính có dạng lồi có 2 nhánh Hình 4.22.

và Hình 4.23.

-Nhánh phải điểm T ( T là điểm cao nhất) là khu vực làm việc ổn định.Bơm chỉ có thể làm việc một chế độ tức là tại điểm A hoặc B mà không thể cùng lúc cả 2.Giả sử bơm làm việc tại điểm A nếu có nguyên

nhân nào làm cho trạng thái làm việc của bơm mất cân bằng,

ví dụ cột áp tĩnh của lưới giảm đột ngột trong khoảng thời gian ngắn.Khi đó lưu lượng của bơm sẽ tănglên 1 lượng là ∆Q A và xuất hiện sự chênh lệch giữa cột áp lưới và cột áp bơm: ∆H = H(lưới) – H(bơm) > 0.Phần năng lượng thiếu hụt này bù bằng dộng năng của toàn bộ khối chất lỏng chảy trong hệ thống do sự giảm vận tốc của dòng chảy vì vậy lưu lượng của bơm sẽ giảm về lại Q A tức trở lại ổn định tại điểm A

-Nhánh trái điểm T là khu vực làm việc không ổn định.

Tại điểm B nếu lưu lượng tăng lên ∆Q B thì

∆H = H(lưới) – H(bơm) < 0 ,

tức là H(bơm)> H(lưới)

Phần năng lượng dư ∆H này làm tăng động năng của toàn hệ thống ,làm tăng vận tốc và lưu lưọng dòng chảy do đó bơm không trở về trạng thái ổn định ở điểm B được.

Nhánh trái điểm T chỉ ổn định khi đường đặc tính bơm chỉ cắt đường đặc tính lưới tại 1 điểm như hình 4.23.Tức là khi:

H t (lưới) < H 0.

Kết luận:Với những bơm quan trọng như bơm nước cho nồi hơi không được có vùng không ổn định nên chọn loại bơm có dạng đặc tính ổn định (dạng I và II).

4.5.Ghép bơm li tâm.

1.Ghép song song

Khi yêu cầu lưu lượng hệ thống cao hơn lưu lượng của 1 bơm thì có thể ghép song song 2 hay nhiều bơm.

và phải biết đặc tính lưới: (H L – Q).

Hình 4.24 : sơ đồ ghép 2 bơm có đường đặc tính khác

nhau.

-Khi cột áp lớn hơn H B chỉ có bơm 2 làm việc được(trên điểm B) -Khi cột áp bằng H B cả 2 bơm cùng làm việc nhưng lưu lượng chỉ bằng của bơm 2 (ứng với điểm B).

Điểm A giao của đường: Hc-Q và H L -Q là điểm làm việc của các bơm trong hệ thống.

Lưu lượng chung của 2 bơm nhỏ hơn tổng lưu lượng của từng bơm khi làm việc riêng biệt.

Qc = Q c1 + Q c2 < Q1 + Q2

Vì khi ghép cột áp làm việc chung sẽ lớn hơn khi để riêng.

Để tăng hiệu quả ghép:

-Nên ghép song song các bơm có đường đặc tính gần giống nhau hoặc như nhau.

-Nên ghép các bơm có đường đặc tính thoải tức có độ dốc nhỏ -không nên ghép song song quá nhiều bơm vì hiệu quả sẽ thấp không kinh tế khi đó nên chọn loại bơm khác có lưu lượng lớn hơn thay vì ghép:

Ví dụ Hình 4.25 Hiệu quả khi ghép song song 2,3 và 4 bơm giông nhau.

-Khi ghép nối tiếp 2 bơm thì bơm 2 sẽ làm việc với áp suất cao hơn bơm 1 vì vậy phải chú ý đến sức bền của bơm.

-Cần lưu ý rằng việc ghép nối tiếp bơm sẽ phức tạp,không

thuận tiện và kinh tế bằng chọn 1 bơm khác có cột áp đủ yêu cầu nếu có thể.

4.6.Ứng dụng luật tương tự trong bơm li tâm.

Khi số vòng quay n của bơm thay đổi thì các thông số: H,Q,N cũng thay đổi theo.Tuy nhiên nếu số vòng quay của bơm chỉ thay đổi ít (dưới 50 %) so với số vòng quay định mức thì hiệu suất

η thay đổi ít ,có thể coi như bằng hằng: η = const.Như vậy

chế độ làm việc của bơm thoả mãn luật tương tự.Khi đó ta có thể áp dụng các quan hệ tương tự để tìm các quan hệ H,Q.N Khi số vòng quay thay đổi ta có:

Q Q n n

2 1 2

1 = [4-20]

=  

n

n H

H

2 1

đổi ,tham khảo: bảng 4.1(Tài liệu 2).

4.6.2.Xác định điểm làm việc và đường đặc tính khi chế độ làm việc của bơm thay đổi.

Bằng các quan hệ tương tự trong bơm li tâm ta có thể xác định được đường đặc tính làm việc khi chế độ làm việc của bơm thay đổi.Ta gặp mấy trường hợp sau đây:

1.Vẽ đường đặc tính mới của bơm khi số vòng quay thay đổi.

Biết trước đường đặc tính H = f(Q) của bơm ứng với số vòng quay n,hãy vẽ đường đặc tính mới ứng vơi số vòng quay n’.

Hình 4.27.

Ta xác định từng điểm tương ứng :Với điểm A1 (H1,Q1) dùng quan hệ tương tự tính ra cặp giá trị tương ứng: H’1 và Q’1 của điểm A’1 ứng với số vòng quay n’ :

= n 

n H

H

1

/ 1

2 1

/ 1

Q

1

, 1 1

/

Tương tự như vậy tính với các điểm: A 2,A 3 … A i ta có các điểm tương ứng A’2,A’3… A’ i và nối lại ta có đường đặc tính H’ = f’(Q) Đó là đường đặc tính mới của bơm với số vòng quay là n’.

2.Vẽ đường biểu diễn những điểm làm việc tương tự(đường cùng hiệu suất).

Từ quan hệ tương tự; [4-20],[4.21] ta viết:

, 1 1

2

, 1

1 hoặc Q H = Q H, =const

1 1

2

, 1 2

1

Như vậy các điểm A1 ,A’1… ứng với các cặp trị số H 1 -Q 1 ,

H’ 1 -Q’ 1 biểu diễn những chế độ làm việc tương tự.Như vậy các điểm làm việc tương tự thì cặp trị số quan hệ giữa cột áp và lưu luợng là bậc 2 (parabôn):

ở chế độ tương tự thì hiệu suất của bơm xem như không đổi.

3.Xác định số vòng quay làm việc của bơm ứng với 1 điểm làm việc cho trước.Hình 4.29

-Giả sử yêu cầu bơm làm việc với lưu lượng và cột áp là:

Q’1, H’1.biểu diễn bởi điểm A’1 (Hình 4.29) nhưng điểm A’ 1

này không nằm trên đường đặc tính H-Q đã cho trước Bây giờ phải tính chọn số vòng quay khác n’ ứng với điểm làm việc yêu cầu đó.

Muốn vậy phải xác định vẽ được đường parabôn biểu diễn các điểm làm việc tương tự với điểm A’1 (H’1,Q’1) cho trước.Ta có: H’1 = K Q’ 1 2 từ đây tính được hệ số k

K = H’ 1 / Q’ 1 2

Khi biết được K ta sẽ vẽ được đường parabôn biểu diễn các điểm làm việc tương tự bằng cách cho các trị số Q và tính các trị số H tương ứng.

Giao điểm của của đường parabôn và đường H-Q là điễm A 1 đó chính là điểm làm việc tương tự với điểm A’1 cho trước.Sau khi xác định được điểm A 1 tức là xác định được (H1,Q1) và từ quan hệ tương tự [4-20] và [4-23] ta dễ dàng xác định được số vòng quay n’ của bơm:

= hoặc: n n H H

1

, 1 ,

.

=

( Chú ý ứng dụng phương pháp vẽ đuờng cong cùng hiệu suất

H = K.Q 2 này để giải nhiều bài tập).

4.7.Lực hướng trục trong bơm li tâm

1.Lực hướng trục trong bơm Hình 4.30

.( ).( 12 2)

1

2 p R r p

Hình 4.31- 4.33.

2.Biện pháp khắc phục lực hướng trục trong bơm li tâm.

4.8.Một số điểm cần chú ý trong kết cấu và sử dụng bơm li tâm.

Hình 4.35- hình 4.37.

Đặt ống đẩy và ống hút đúng cách.

Hình 4.38 và hình 4.39.

a.Chọn bơm đúng.

b.Các thiết bị phụ trợ đầy đủ:Đồng hồ đo áp,chân không,đo điện,van khoá ở ống hút và ống đẩy.

c.Để mồi bơm có nhiều cách:

-Tạo chân không trong bơm và ống hút bằng bơm chân không hoặc bơm phun tia.

-Cho chất lỏng trên bể chứa chảy về bơm và ống hút qua ống đẩy hoặc 1 đường ống phụ.

-Dùng ống cao su dẫn nước máy vào để mồi bơm.

4.9.Bơm li tâm kiểu trục đứng.

Bơm có đặc điểm là trục bơm đặt theo phương thẳng đứng.Bơm được dùng để hút nước chủ yếu ở các giếng khoan thăm dò và các trạm bơm đầu tiên khi mực nước ở nguồn cấp có sự dao động lớn.Thường các bơm này được nối trực tiếp vào động cơ điện đặt thẳng đứng.Các bơm này được chế tạo theo 3 loại chính sau đây:

dao động ,thay đổi lớn khi làm việc).

Loại bơm này thường chế tạo 1 cấp có 1 hoặc 2 miệng hút.

Trục trung gian có chiều dài 1,5 - 2 m.

Chế tạo bơm có năng suất :2.700-10.800 m 3 /h.Cột áp H = 30-78 m.

Hình

4.40 và hình 4.41.

2.Bơm giếng

Bơm giếng phun chế tạo

nhiều cấp ,gồm có 3 phần :

a.Phần riêng của bơm gồm

có nhiều bánh công tác.

b.Oáng đẩy:có trục dẫn động

đặt trong giếng khoan,có

vỏ bảo vệ trục.

Trục dẫn động và ống đẩy

có nhiều đoạn ,số đoạn

phụ thuộc chiều sâu của

giếng.

c.Bộ phận vỏ tựa phía trên

gồm mặt bích để bắt động cơ

điện và

bắt ống dẫn.

Hiện nay bơm được chế tạo

3,4 5 cấp với cột áp tương

ứng là 33,44 và 55m.Lưu

lượng 180 m 3 /h

Loại bơm tuốc bin giếng phun dùng cho các mỏ khai thác có lưu lượng thay đổi tuý theo kích cỡ bơm : Q = 18 -500 m 3 /h.

Bơm sâu là bơm li tâm nhiều cấp có trục đứng,còn có tên bơm hoả tiễn.Bơm được thả chìm trong giếng khoan,để làm cạn nước trong các hầm mỏ và công trình xây dựng.

Vì phải thả chìm trong giếng nên bơm có cấu tạo đặc biệt làm kín động cơ điện.Có 4 loại bơm sâu tuỳ thuộc vào kiểu động cơ điện kéo bơm:

1.Động cơ điện khô.

2.Động cơ điện nửa khô.

3.Động cơ điện có đổ đầy dầu.

4.Động cơ điện ướt.

Chương 5 BƠM HƯỚNG TRỤC.

5.1.khái niệm chung.

-Bơm hướng trục là loại bơm cánh dẫn làm việc theo nguyên lý cánh nâng ,có lưu lượng rất lớn và cột áp nhỏ

Phạm vi sử dụng thông thường là: